人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病专家讲座.pptx

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 人类疾病分子遗传学 -血红蛋白病,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第1页,本章内容提醒,分子病（molecular disease),血红蛋白病（hemoglobinpathy）,血红蛋白类型（HbF,HbA,2,HbA)及发育改变,遗传控制：类链（排列、定位）,类链（排列、定位）,异常血红蛋白病及分子基础,地中海贫血：,地贫（基因型，临床症状，分子基础）,地贫（基因型，临床症状，分子基础）,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第2页,分子病（,Molecular disease,）,基因突变造成蛋白质分子质和量异常，从而引发机体功效障碍一类疾病，称为分子病。,1949年Pauling L对镰状细胞贫血病患者血红蛋白HbS电泳分析，推论其泳动异常是分子结构改变所致，从而提出分子病概念。,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第3页,血红蛋白病,第一节 血红蛋白概述,第二节 血红蛋白基因,第三节 血红蛋白病类型和分子基础,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第4页,血红蛋白病（,Hemoglobinopathy）,：,因为,珠蛋白,分子结构异常或合成量异常,所引发疾病。,是常见遗传病之一，从分子结构到发病机理研究均较清楚，是研究人类,分子病,最好模型。,原因：,1）红细胞取材方便，起源丰富,2）血红蛋白浓度高，不需纯化,3）网织红细胞含有、珠蛋白mRNA，便于克隆其cDNA,4）血红蛋白异常引发疾病种类很多,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第5页,第一节 血红蛋白概述 -,Hb组成、结构及类型,正常Hb组成,是一个,结合蛋白：血红素,珠蛋白,（Heme)(globin,),每个,Hb单体是由 一条珠蛋白肽链 和一个血红素组成。,个Hb单体 一个球形四聚体,一,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第6页,血红蛋白,链,一级结构：,氨基酸排列次序,类链：（,、,）,141个氨基酸,类链:（、）,146个氨基酸,二级结构：,肽链盘曲成空间螺旋,螺旋、折叠片层,血红蛋白,链,，,螺旋结构。,二,血红蛋白结构,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第7页,三级结构：,整条多肽链三维结构,四级结构：,四聚体,二,血红蛋白结构,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第8页,血红蛋白类型,成人Hb：Hb,A,2,2,9798%,Hb,A,2,2,2,2,3,%,胎儿Hb：Hb F,2,2,（,2,G,2,2,A,2,）,胚胎,Hb：Hb Gower,2,2,（,2,G,2,2,A,2,）,(妊娠12周内),Hb Gower,2,2,Hb Portland,2,2,三,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第9页,血 红 蛋 白 类 型,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第10页,第二节 血红蛋白基因,排列紧密，有共同起源，含有假基因,7个基因，定位于,16p13,5-,-,1,-,2,-,2,-,1,-3,6个基因，定位,11p15,5-,2,-,G,-,A,-,1,-3,-3,珠蛋白基因特点,珠蛋白Gene 簇,珠蛋白Gene簇,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第11页,珠蛋白基因簇,16,p13.33-p13.11,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第12页,1115.5,珠蛋白基因簇:,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第13页,二、Hb发育演变与遗传控制,胚胎早期先合成,和,Hb Gower（,2,2,）,同时或稍后合成,和,Hb,Gower（,2,2,）,Hb Portland,（,2,2,）,12周时,和逐步消失，,链快速增加，,开始合成，,HbF为主（,2,2,）。,妊娠末期和出生很快，,链快速降低，,链快速增加，,HbA为主（,2,2,）。,Hb发育演变,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第14页,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第15页,2,1,2,1,G,A,1,胚胎Hb 胎儿Hb 成人Hb,Hb类型,珠蛋白链,Gower,Hb,2,2,基因,2,2,2,2,2,2,2,2,2,2,Gower,Portland,F,转录,翻译,Hb发育遗传控制,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第16页,三、珠蛋白基因结构及表示,珠蛋白基因：,IVS1由117bp组成，位于31和32密码子之间，,IVS2由149或140bp组成，位于99和100密码子之间。,珠蛋白基因：,IVS1含130bp，位于30和31密码之间，,IVS2大约含850bp，位于104和105密码子之间。,基因结构:,非常相同，均为,3个外显子，2个内含子,(,IVS1、IVS2）,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第17页,1 31 32 99 100 141,1 30 31 104 105 146,珠蛋白基因结构,珠蛋白基因结构,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第18页,珠蛋白基因表示,E1 E2 E3,5 -3,Transcription,Processing,5-Cap-polyAAAAA mRNA,Translation,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第19页,珠蛋白基因表示特点,发育阶段特异性,5,3顺次表示、关闭,合成场所特异性,卵黄囊、胎肝、骨髓,表示数量协调性,类、类链维持1：1百分比,总之，珠蛋白基因表示含有时空特异性、,准确协调性,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第20页,第三节 Hb病类型和分子基础,人类珠蛋白基因组织特异性强，仅在RBC及前体中才有大量表示。,由珠蛋白基因突变引发珠蛋白,质量畸变,（异常Hb病）,和,数量畸变,（地中海贫血）,所致疾病统称,血红蛋白病,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第21页,血红蛋白病分类,异常Hb病：,基因突变造成珠蛋白结构改变,比如：镰状细胞贫血,地中海贫血：,基因突变造成珠蛋白肽链合成缺乏,或合成量异常,如、地贫,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第22页,异 常 血 红 蛋 白 病,因为,珠蛋白基因突变,造成珠蛋白肽链结构异常，如有临床表现者称为异常血红蛋白病。,主要类型,：,（1）镰状细胞病,（2）不稳定血红蛋白病,（3）血红蛋白M病,（4）氧亲和力改变血红蛋白病,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第23页,一、镰 状 细 胞 病,遗传方式,：AR,形成原因,：,链第6位谷氨酸被缬氨酸取代，形成HbS。,在缺氧情况下，HbS聚合形成长棒状聚合物，使细胞镰变,变形能力低,引发血粘度增高，造成,溶血、贫血、,血管梗阻性继发症状。,Hb,S,Hb,S,镰状细胞病,Hb,A,Hb,S,镰形细胞性状,Hb,A,Hb,A,正常人,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第24页,镰状 细 胞 病,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第25页,临床症状,：,血管阻塞继发症状：一过性剧痛（腹痛、关节痛）,脑血管意外,急性大面积组织损伤：心梗，肺、肾脏损伤；,慢性溶血性贫血,患者多在成年以前死亡,诊疗：,血涂片亚硫酸钠“镰变试验”阳性,电泳：有一“”区带,S,A,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第26页,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第27页,AD（不完全显性）,现已发觉90余种。,分子机制,：肽链上与血红素紧密结合氨基酸发生替换或缺失，损伤了肽链立体结构，使其与血红素结合能力减弱，形成不稳定异常血红蛋白,易氧化在红细胞内聚集沉淀，形成Heinz小体，红细胞变形能力降低，经过微循环时轻易被脾窦滞留破坏，从而造成血管内外溶血。,代表疾病,：,Hb Bristol,形成原因：,链第67位缬氨酸被天冬氨酸取代,临床症状：先天性溶血性贫血、黄疸、脾肿大,二、不稳定血红蛋白病,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第28页,三、血 红 蛋 白 病 M 病,（遗传性高铁血红蛋白病）,形成原因,：,肽链中与血红素铁原子连接组氨酸发生替换，造成部分铁原子呈稳定高铁状态，影响Hb正常带氧功效,临床表现,：,紫绀和继发性红细胞增多,遗传方式,：,AD,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第29页,四、氧亲和力改变血红蛋白病,形成原因,：,因为珠蛋白基因突变致Hb肽链上氨基酸发生置换，致使Hb分子与氧亲和力增高或降低，运输氧功效改变。,临床表现,：,红细胞增多症和紫绀,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第30页,异常血红蛋白病分子基础,珠蛋白基因突变,主要类型：,（1）单个碱基置换,（2）移码突变,（3）密码子缺失和插入,（4）融合基因,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第31页,一）,单个碱基替换,（占90%）1、,错义突变,是因为单个核苷酸改变造成由特定三联体密码子编码氨基酸改变。例,：HbS,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第32页,2、,无义突变,原密码子终止密码,肽链合成提前终止,例：,Hb Mckees-Rock,145,DNA,144 145 146 147,Hb A AAG UA,U,UCG UAA,Hb McKees-Rock,AAG UA,A,PROTEIN,144 145 146 147,Hb A,Lys,Tyr,His,（终止,）,Hb McKees-Rock,Lys,（终止）,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第33页,3、终止密码突变,终止密码编码氨基酸密码，造成肽链异常延长。,例：,Hb Constant Spring,142,DNA,139,140 141,142 143,Hb A AAA UAC CGU UAA GCU,Hb Constant-Spring AAA UAC CGU,C,AA,GCU,PROTEIN,139,140 141,142 143,Hb A,Lys,TyrArg,（终止）,Hb Constant-Spring,Lys,TyrArg,Gln,Ala,-,172,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第34页,二）移码突变,在正常密码子中插入或缺失一个或几个碱基,造成该位点后面编码氨基酸种类次序改变.,例：,正常Hb,137-,ACC UC,C,AAA UAC CGU UAA,苏-丝-赖-酪-精-终,Hb Wayne,ACC UCA AAU ACC GUU AAG,苏-丝-冬胺-,苏,-缬-赖,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第35页,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第36页,三）,整码突变,密码子三个碱基同时缺失或插入,例：Hb Gun Hill,89,AGUGAG,CUGCACUGUGACAAG,CUGCAC GUG,98,-丝谷亮组半胱门冬赖亮组缬-,AGUGAGCUGCAC GUG,89 90 96 97 98,-,丝谷亮组缬,-(,91-95,缺失，后面氨基酸次序不变）,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第37页,四）,融合基因,由两种不一样肽链联接而成异常血红蛋白肽链.,产生原因：减数分裂时同源染色错误配对使不一样珠蛋白基因之间发生不等交换。,下列图中,Hb Lepore,是由、链连接而成，称；,而,反Lepore,是由、链连接而成，称链,G,A ,含重复片段,染色体,Anti-Lepore,缺失染色体,Hb Lepore,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第38页,二、地中海贫血,珠蛋白链合成数量不平衡,最初发觉在地中海地域居住人群发病率尤其高而得名，实际上世界各地都有发生，非洲和东南亚也比较常见。,珠蛋白基因,缺失/突变,造成某种珠蛋白链合成障碍造成,链和,链合成,数量不平衡,，引发溶血性贫血称为,地中海贫血。,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第39页,地中海贫血,因为珠蛋白基因缺失或缺,陷使链合成受到抑制而引发溶血性贫血。,特点：b,都表现为低色素性贫血,地中海贫血,因为珠蛋白基因缺失或缺点使链合成受到抑制而引发溶血性贫血。,地中海贫血,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第40页,地 中 海 贫 血,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第41页,地中海贫血,每条16号染色体上有两个Gene,缺失程度不一样，链合成部分或完全受到抑制，造成不一样类型地贫。,若一条染色体上缺失一个基因,（,）,为,+,地贫,，链合成降低。,若一条染色体上两个基因均缺失,（）,为,0,地贫,，链不能合成。,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第42页,临床类型,类 型,症 状,正常人,静止型,+,地贫杂合子,无症状,轻 型,（标准型）,0,地贫杂合子,轻度贫血,+,地贫纯合子,血红蛋白H病,0,地贫和,+,地贫双重杂合子,溶血性贫血,Hb Barts胎儿水肿综合征,0,地贫纯合子,胎儿水肿,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第43页,胎 儿 水 肿,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第44页,地贫分子基础,依基因缺点程度分为：,Gene缺失型（,缺失1个基因,）,非Gene缺失型（点突变）：,无义突变、移码突变、终止密码突变、剪接突变等,结果,1,生成无功效或稳定性降低mRNA,无义突变,移码突变,终止密码突变,起始密码突变,2,RNA加工突变,3,产生不稳定Hb,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第45页,地中海贫血,珠蛋白Gene 突变或缺失珠蛋白链合成速,率下 降溶血性贫血,0,地贫,：链完全不能合成,+,地贫,：链可部分合成,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第46页,-地中海贫血临床分类,临 床 类 型,基 因 型,基 因 产 物,临 床 表 现,重型,地贫,+,/,+,、,0,/,0,0,/,0,、,+,/,0,链几乎不能合成,链合成相对增加,Hb F和Hb A,2,增高,地中海贫血面容,溶血性贫血（需输血）,轻型,地贫,+,/,A,、,0,/,A,0,/,A,能合成适量链,贫血不显著或轻度贫血,中间型,地贫,+,/,+,链部分合成,介于重型和轻型之间（不需输血）,遗传性胎儿血红蛋白连续增多症,缺失或突变,链和链合成受抑制,链合成显著增加,成人Hb F连续增加，无症状,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第47页,患儿颅骨及面颊部骨骼增大，头颅变大，额部隆起，颧高，鼻梁塌陷，两眼距离增宽，眼睑浮肿，形成地中海贫血特殊面容。,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第48页,X线颅骨照片可见颅骨内外板变薄，板障增宽，在骨皮质间出现垂直短发样骨刺,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第49页,-地中海贫血分子基础,地中海贫血已发觉100各种突变类型，包含点突变和,基因缺失。,绝大多数,地中海贫血是因为基因发生点突变所致，突,变包括基因内及侧翼序列。,（1）编码区突变,（2）非编码区突变,（3）开启子区突变,（4）RNA裂解信号突变,（5）加帽位点单个碱基突变,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第50页,编码区突变,mRNA稳定性降低或形成无功效mRNA,（1）无义突变,密码子17：AC,密码子43：GT,0地贫,（2）移码突变,密码子71/72：+A,密码子41/42：TCTT,0地贫,（3）起始密码突变,ATGAGG,0地贫,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第51页,内含子I,G,T,A,T丧失一个剪切信号。,新切点产生 同义突变激活I和 Exon隐蔽裂解位点,如：,G,GT,AG,T 产生新剪切点,非编码区突变,影响mRNA剪切、加工过程,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第52页,G,T,A,T,GGTAGT,，激活隐蔽剪切位点,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第53页,开启子区突变,降低mRNA转录效率,-28位,AG,突变破坏了TATA Box。,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第54页,RNA裂解信号突变,不能准确裂解和加polyA,珠蛋白基因 3侧翼序列中AA,T,AAAAA,C,AAA,加帽位点单个碱基突变,不能准确裂解和加polyA,加帽位点发生,A,C,颠换，影响转录效率。通常是mRNA第一个核苷酸。,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第55页,总 结,异常血红蛋白病和地中海贫血有,共同分子基础,突变、缺失,基因缺失,是引发,地中海贫血主要原因,基因突变,是引发,地中海贫血主要原因,人类疾病的生化和遗传学血红蛋白病,第56页,